一种典型的现有技术离心泵如图1和2所示。所述泵10的叶轮22具有多个叶轮叶片24。叶轮22安装在轴28上。可旋转的叶轮22和轴28安装在泵壳体12中。电机或其它动力源（未示出）用于驱动旋转轴28。

通过旋转叶轮22和轴28，流体被泵送通过离心泵。这种旋转在泵的进口13（也称为泵的吸入侧）产生吸力，使流体进入泵中。然后，叶轮22迫使流体径向向外通过叶轮22，经过叶轮叶片24的出口尖端25，并进入通向排出口16的排出环形空间17。如图1和图2所示，排出环形空间17具有蜗壳形状。然而，其它离心泵使用具有均匀横截面的排出环形空间。排出口16连接到输出管或导管（未示出），或者与输出管或导管流体连通，流体通过该输出管或导管被泵送。泵的进口13通常连接到管道或导管（未示出），流体通过该管道或导管流向离心泵。

流体主要以下文中称为“一次流体流（或一次流，主流）”的流动模式通过泵。如图2所示，通过泵10的一次流P从进口13流向叶轮22，同时基本上保持与泵轴28的纵向中心线平行。一次流随后在通过叶轮22时经历大约90度的方向变化，其中流体径向向外朝向排出环形空间17推进。然后，流体通过排出环形空间流到排出口并流出泵。

一种典型的现有技术离心泵利用旋转叶轮和固定壳体之间的至少一个受控泄漏接缝（间隙）来减少由于摩擦引起的磨损。通常，大多数泵都使用吸入侧控制的泄漏间隙30和轮毂侧控制的泄露间隙32。可控泄漏间隙允许少量流体在其运动表面和静止表面之间通过或“泄漏”，以减少摩擦。

通过轮毂侧受控泄漏间隙32的泄漏流导致一部分流体进入叶轮22的轮毂侧和壳体12之间的腔体33（见图3）。必须允许该流体回流到叶轮22的吸入口，以便水力平衡叶轮22。因此，叶轮通常包括一个或多个允许这种流动的平衡孔34。在泵正常运行转速下，通过平衡孔的流量不会产生任何重大问题。然而，如图3所示，在泵流量较低时，平衡孔泄漏流在泵进口13和叶轮吸入孔口18处引起湍流，通常称为泄漏流再循环（回流），这大大降低了泵的整体效率。

泄漏流也通过吸入侧受控泄漏间隙30发生。这种泄漏流是由排出环形空间17中的流体和泵进口13中的流体之间的压差引起的。排出环形空间17处的压力高于泵进口13处的压力，从而产生朝向泵进口13的泄漏流。吸入侧受控泄漏间隙30用于控制该吸入侧泄漏流。然而，如图3所示，在泵流量较低时，吸入侧受控泄漏流也在泵进口13和叶轮吸入孔口18中引起湍流（泄漏流再循环），这也会降低泵的效率。关于泄漏流对泵效率影响的其它信息，可参见《Centrifugal and Axial Flow pumps》，Stepanoff，A.J.，第2版，John Wiley & Sons，第10章。

在足够低的泵流量下，泄漏流再循环可能会导致严重的不良后果。泄漏流再循环引起的问题包括轴断裂、密封寿命短、轴承故障、高振动、噪音运行、流动不稳定（即喘振）以及叶轮叶片压力侧的汽蚀损坏。

除了泄漏流再循环，另外还有两种类型的再循环，吸入再循环和排出再循环，都会对离心泵的性能产生不利影响。这些类型的再循环可能引发类似于由泄漏流再循环引起的问题。吸入再循环是一种流动反转，其中流体在进口13的中心流向泵，而沿着进口13的外围的流体反转并远离泵流动。排出再循环是叶轮叶片出口尖端25处的流动反转。《Recirculation in Centrifugal Pumps》中对吸入和排出再循环进行了详细讨论，Fraser，W.H.，Winter Annual Meeting of ASME, Nov. 15-20, 1981.

现有技术侧重于阻止吸入和排出再循环。例如，Cliborn的美国专利No. 2865297示出了一种装置，该装置将流体从泵出口重新注入到叶轮入口，以防止吸入和排出再循环。McCoy的美国专利No. 4492516改进了Cliborn的做法，使用了一种用于控制流体重新注入的角度和方向的设备及方法。Cliborn和McCoy都将其各自发明的范围限制为解决吸入和排出再循环问题。

另一种阻止吸入再循环的装置是诱导轮（即安装在叶轮前端的螺旋状装置），其用于增强流体进入叶轮的流动。Jackson的美国专利No. 3504986和Berman的美国专利No. 3723019披露了使用诱导轮来消除吸入再循环。然而，诱导轮消除再循环效应的原理与Cliborn和McCoy的排放流体回注装置类似，即通过增加叶轮的泵流量来消除再循环效应。

另一种通常用于最小化再循环效应的方法是以人为的高流量运行泵。特别是在需要低流程流量的情况下，通过在排出口16和泵进口13之间连通的再循环管线（未示出）来实现最大限度地减少再循环效应所需的高流量。因此，尽管泵的流量很高，但再循环仅允许释放维持流程流量所需的那一部分泵送流体。

在上述所有情况下，通过采用回注或诱导轮来增加泵通过叶轮的流量或从出口到进口的循环流动，使再循环效应最小化。然而，由于需要消耗额外的能源和设备，这些方法效率低下。因此，需要一种在不需要使用额外的能源和设备的情况下，在低泵流量下纠正泄漏流再循环效应的方法。本发明提供了用于改善离心泵产生泄漏流再循环的固有阻力的装置。

本发明涉及三个单独的装置，它们可以单独使用也可以组合使用，用于将离心泵的受控泄漏流引导到其一次流的方向上，从而减少或消除泄漏流再循环效应，即使在低泵流量下也是如此。第一个装置是可以连接到叶轮上的导向装置，用于将平衡孔泄漏流导向一次流的方向上。第二个装置是可以连接到壳体或叶轮上的分流装置，用于将吸入侧泄漏流引导到一次流。第三个装置是耐磨环诱导装置，用于提高叶轮入口流的压力，同时引导吸入侧泄漏流沿一次流流动。

在本发明中，用于重新定向叶轮平衡孔泄漏流的导向装置连接到叶轮吸入侧泵的中心轴上，并通过叶轮固定装置固定。导向装置可以包括从中心轴延伸并保持在叶轮平衡孔上方的某个固定间隙处的护罩。或者，导向装置可以直接连接到叶轮轮毂上，或者叶轮本身可以结合叶轮平衡孔设计，其使平衡孔泄漏流与一次流路径一致。

在本发明中，用于重新定向吸入侧泄漏流的分流装置连接到泵的壳体，并且延伸以至少覆盖泵壳体和叶轮的前缘之间的间隙。或者，分流装置可以通过本领域技术人员显而易见的方式连接到叶轮上，或者体现在壳体设计中。

诱导装置利用吸入侧泄漏流来提高吸入侧入口流的压力，通过设计纳入吸入侧受控泄漏间隙中。在本发明中，所述壳体具有用于接收叶轮前缘的空腔或凹槽。由此产生的泄漏间隙设计使泄漏流速度大于泵进口处的流体速度，并且泄漏流的方向与一次流的方向基本平行。泄漏和进口流体流之间的摩擦力允许较高速度的泄漏流夹带较低速度的进口流体，从而提高叶轮吸入孔处的进口流体压力，从而降低泵进口处所需的净正吸入压头（NPSHR）- NPSHR是泵进口所需的最小流体压力，以防止泵腔内局部低压点引起的泵送流体闪蒸。诱导装置防止一次流体从叶轮外盖板分离（脱流），从而最大限度地减少由这种分离引起的再循环的影响。

通过参考以下详细说明和附图，可以更好地理解所提出的离心泵改造的实际运行情况：

图1是沿图2中1-1线截取的现有技术的典型蜗壳型离心泵的截面图；

图2是沿图1中2-2线截取的现有技术的典型蜗壳型离心泵的横截面图，并说明了通过该泵的流体一次流的方向；

图3示出了叶轮平衡孔和泵吸入侧受控泄漏流的来源以及由此产生的再循环效应的截面图；

参照图1和图2，流体的一次流（由虚线P表示）通过泵进口13进入泵10。在这一点上，流体被推向排出环形空间17，在排出环形空间处流体处于比在泵进口13处更大的压力下。这种压差是通过旋转叶轮22来实现的，叶轮22包括围绕中心轴28对称定向的多个叶片24。叶轮22以高速排出流体。泵壳体12的作用是通过逐渐扩张的蜗壳或扩散体（未显示）来降低该速度并将动能转换为压力能。

图3描述了泵排出流中较高的压力如何形成受控的泄漏流，该泄漏流流向流体压力较低的泵进口13。通常，这种泄漏流通过三个不同的路径（用虚线A、B和C表示）返回到叶轮吸入孔侧。一个路径A是通过吸入侧受控泄漏间隙30。高压流体从其内端30b进入吸入侧泄漏间隙，经泄漏间隙流向其外端30a，进入泵进口端口13。

第二个路径B，经常在离心泵中发现，通过轮毂侧受控泄漏间隙32和叶轮平衡孔34。较高的压力流体从轮毂侧可控泄漏间隙32的内端32b进入轮毂侧可控泄漏间隙32，经泄漏间隙向外端32a流入轮毂侧空腔33，并通过叶轮平衡孔34离开。

第三个路径C，在许多离心泵中发现，从排出口16通过管道38到达填料函36。从填料函36流出的流体通过轴套29和衬套39之间的间隙37进入轮毂侧空腔33，随后通过叶轮平衡孔34进入叶轮吸入孔18。

在泵流量较低的情况下，每一种泄漏流都可能导致泵进口13和叶轮吸入孔18处破坏性流动湍流（即泄漏流再循环）。本发明包括三个单独或共同降低泵流量的装置，在该装置上观察到由于泄漏流再循环造成的破坏性流动湍流。

图4示出了本发明用于重新定向叶轮平衡孔泄漏流B和C的导向装置。导向装置是通过中心轴28上的固定螺母27连接到叶轮22的吸入孔侧的环形护罩40。所述护罩40延伸到至少覆盖叶轮平衡孔34，同时保持在所述平衡孔34上方的某个固定间隙处。当泄漏流B和C从平衡孔34流出时，它冲击护罩40。泄漏流B和C随后被径向向外流向叶轮出口的环形空间17。平衡孔泄漏流的这种分流减少了泵进口13和叶轮吸入孔18处的湍流，从而减少了叶轮平衡孔再循环效应。

如图5所示，本发明用于重新定向吸入侧受控泄漏流A的分流装置是刚性连接在壳体上的细长护罩42。通常，吸入侧护罩42将延伸至少超过壳体吸入侧壁19与叶轮前缘23之间的间隙20，该间隙20接收从泄漏间隙的外端30a流出的吸入侧泄漏流A。所述导向装置的形状和取向将使吸入侧泄漏流与所述泵的一次流相一致。

图6示出了耐磨环诱导装置48，用于控制吸入侧泄漏流的方向并降低叶轮吸入孔处的NPSHR。泄漏流从叶轮吸入孔侧内径上的耐磨环53和从吸入侧壁19延伸并靠近叶轮吸入侧内径上的壳体耐磨环52之间的间隙51流出。相比之下，用于传统的吸入侧泄漏间隙30（见图2）的耐磨环通常位于叶轮的吸入侧外径上。因此，当泄漏流离开传统间隙的外端30a（见图3）时，其方向和流速（由排出口16和泵进口13之间的压差产生）基本上垂直于泵进口13处的一次流（“叶轮入口流”），并且其动能在泵进口13中随机耗散。

采用耐磨环诱导装置48，泄漏流的方向和速度与叶轮进口流平行。由于耐磨环诱导装置两端的高压差，泄漏流速将远大于叶轮进口流速。由于两种流动方向相同，高速泄漏流中固有的动能将传递到叶轮进口流。动能的这种传递将使叶轮吸入孔18处的叶轮进口流的压力略微增加，因此，减少了泵进口13处的NPSHR。此外，耐磨环诱导装置48使泄漏流与沿着叶轮的外盖板31的一次流一致，从而防止一次流与叶轮的外盖板31分离。这两种耐磨环诱导效应都可以最大限度地减少通常发生在低泵流量时的湍流。